[发明专利]由3D打印制成的形状记忆水凝胶及在控释制剂中的应用

说明书

技术领域

本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种由3D打印制成的形状记忆水凝胶及其在控释制剂中的应用。

背景技术

形状记忆水凝胶是一类通过外界的响应而能够恢复其原来形状的聚合物。在作为植入材料时，可以将其固定为适合手术的临时形状，术后通过响应回复而使其恢复到原始形状，减轻病人的痛苦，同时可以减少其植入时手术器械对材料的损伤，提高了治疗的效果。

关于水凝胶的研究都集中于外部形态，对于其内部构型，尚没有研究报道。内部结构对于载药、释药、细胞培养等方面具有重要的影响。不同内部结构的形状记忆水凝胶在医疗领域具有巨大的潜的应用价值。

发明内容

为了克服现有的形状记忆水凝胶内部孔洞(或孔隙)不足的缺陷，以及形状记忆功能不够强大的问题，本发明的首要目的在于提供一种形状记忆水凝胶的制备方法，该水凝胶由3D打印而成。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制得的形状记忆水凝胶，该水凝胶内部孔洞丰富，形状记忆功能强大，有利于药物的快速释放。

本发明的再一目的在于提供上述的形状记忆水凝胶在控释制剂中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种形状记忆水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成基底水凝胶

将水凝胶材料、丙烯酰氯、三乙胺加入到溶剂中，冰浴下反应8-16h，在常温下反应8-16h，然后依次用碳酸氢钠、氯化钠饱和溶液洗涤反应产物，再旋转蒸发溶剂得到改性水凝胶材料；

所述的水凝胶材料为泊洛沙姆(Poloxamer，聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物，商品名是普兰尼克Pluronic)或聚乙二醇中的至少一种；

优选地，所述的水凝胶材料为PO-EO嵌段共聚物、EO-PO嵌段共聚物、PEG-2000，PEG-4000或PEG-6000中的至少一种；

所述的溶剂为二氯甲烷、氯仿、甲醇、甲苯或丙酮；

步骤(1)中，每100mL溶剂中含有0.6～13.0g的水凝胶材料、含有3～6mL的丙烯酰氯、含有3～6mL的三乙胺；

(2)制备打印墨水

以去离子水为溶剂，加入上述的改性水凝胶材料、海藻酸钠和光引发剂，搅匀后制得打印墨水，放入4℃环境中消泡待用；所述打印墨水中，改性水凝胶材料的浓度是0.1-0.2g/mL，海藻酸钠的浓度是0.02-0.06g/mL，光引发剂的浓度是0.2-1mg/mL；

(3)3D模型设计与载入

通过软件设计形状记忆水凝胶的内部结构模型，将模型导入打印控制软件，切片处理并设计内部的打印结构；

所述的软件优选3ds Max；

(4)3D打印制备形状记忆水凝胶

将打印墨水转移至打印机挤出筒内，打印完成后立即使用紫外灯照射2-5min固定其形状，即为初始形状；将初始形状人工折叠后，用氯化钙溶液处理固定，即为临时形状；再用碳酸钠溶液处理后，其临时形状会展开恢复成初始形状；

所述的打印机采用挤出型生物3D打印机，打印温度设定为25℃；打印速度为15-25mm/s；打印喷头直径0.25-0.40mm；打印压强为0.2-1K Pa；打印平台温度为40-80℃；

所述紫外灯的波长优选365nm；

所述的氯化钙溶液优选质量分数为1％；

所述的碳酸钠溶液优选质量分数为10％。

由上述方法制得的水凝胶具有良好的记忆和回复性能，打印出来后用紫外光照射交联固定其初始形状；将初始形状人工折叠后，用氯化钙溶液处理，固定成临时形状；最后用碳酸钠溶液处理，将水凝胶中的钙离子置换出来恢复其初始形状，从而完成水凝胶的记忆过程。这其中的原理是：通过光引发剂交联成网络固定水凝胶的初始形状；使用氯化钙与海藻酸钠交联的网络固定临时形状；用碳酸钠将凝胶中的钙离子置换出来，破坏了氯化钙与海藻酸钠交联的网络从而使水凝胶恢复其原来的初始形状。这种3D打印的制作方法不仅可以改变其外部形状，而且能够调节内部结构。

基于上述特点，本发明的形状记忆水凝胶可以应用在控释制剂的制备中，将药物与水凝胶一同打印后用紫外光照射固定其初始形状，接着将初始形状人工折叠，水凝胶将药物包裹在其中，用氯化钙溶液处理固定成临时形状，并送至体内的特定部位；最后用碳酸钠溶液处理，水凝胶展开恢复成初始形状，药物释放。这样做，可以在特定的条件下快速释放药物，避免药物在体内运输过程中的降解和药效损失，从而减轻药物毒性，增强治疗效果。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：